一种刚度可预设的螺旋压缩弹簧阻尼器的制作方法

本发明涉及一种建筑防振动(或震动)装置，具体涉及螺旋弹簧的阻尼装置。

背景技术：

阻尼器是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。从二十世纪七十年代后，阻尼器从航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业逐步转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中。螺旋弹簧由于具有载荷与变形呈线性关系的变刚度特性，因此被广泛用于隔震、减震等装置中。螺旋弹簧按使用方法分类，主要有拉簧、压簧，其中圆柱形螺旋压缩弹簧在阻尼器中的应用最普遍。但是，一只具体的圆柱形螺旋压缩弹簧，在有效的工作范围内只能工作在压缩状态。因此，现有用于抗风和抗地震的阻尼器至少要使用两只圆柱形螺旋压缩弹簧，或者与其它类型的阻尼器(如粘弹性阻尼器)复合。但是，这种使用多只圆柱形螺旋压缩弹簧或者与其它类型的阻尼器复合的方法会产生很多负面的问题，如：1、阻尼器的拉伸与压缩的阻尼特性不对称，影响隔震、减震效果；2、体积大，在狭小空间无法安装；3、结构复杂，生产困难，成本高；等等。

授权公告号为CN 204081122 U的实用新型专利申请公开了一种建筑用抗风减震弹簧阻尼器，该阻尼器将导向套内的两只弹性体(即两只圆柱形螺旋弹簧)分别在中心轴上的中间限制组件上，当阻尼器受拉或受压时，其中一个弹性体受拉，另一弹性体受压，从而实现抗风减震。但是，该实用新型专利明显存在下述缺点：1、需要两只圆柱形螺旋弹簧，整个阻尼器的长度较长，不适合在距离较小的空间安装；2、在工艺上无法甚至不可能保证两只弹簧的刚度(包括拉伸刚度和压缩刚度)相等，因此风向不同减震效果即不同；3、无法改变阻尼器的刚度，达到预设抗风级别，降低减震成本的目的；4、一只圆柱形螺旋弹簧同时在拉伸与压缩两种状态下工作，现有弹簧的金属材料和生产工艺很难满足要求，只能通过缩小圆柱形螺旋弹簧的弹性变形范围来实现拉伸与压缩两种工作状态，这显然会造成资源浪费。

此外，在抗震工程中，阻尼器的初始刚度对于抗风载、抗低于设计地震烈度的地震和降低工程造价来说也是十分重要的。公开号为CN 102409777A的专利申请公开的“一种结构三维隔震和抗倾覆装置”，该装置包括设在叠层橡胶隔震支座下部的由圆柱形螺旋压缩弹簧构成的弹簧隔震支座，该支座主要虽然为一种三维隔震和抗倾覆装置，但是由于地震竖向波为双向的，因此该装置无法隔离瞬间地表向下移动的负向波。此外，该装置还存在无法改变阻尼器的刚度，达到预设抗震烈度，降低减震成本的目的。

公开号为CN101457553A的发明专利申请公开了一种“弹簧刚度可调式调谐质量减振器”，该减振器是一种复合阻尼器，通过改变质量块的厚度改变其特征频率，通过改变粘滞阻尼器的工作介质的流量改变其阻尼比，通过改变弹簧的有效工作长度改变其刚度，其中改变弹簧的有效工作长度的手段有三种，一是采用固化材料将弹簧位于固化筒内的一段固化，二是往螺旋弹簧的中心内塞入约束块，并二者过盈配合，使与约束块接触的一段弹簧失效，三是在约束块表面设置螺旋状凸起，将螺旋状凸起卡在弹簧丝之间，使弹簧丝之间卡有螺旋状凸起的一段弹簧失效。由此可见，该专利申请方案中的弹簧虽然可改变刚度，但所述的弹簧不仅有效工作长度明显缩短，而且只能压缩耗能减振，不能拉伸耗能减振。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种刚度可预设的螺旋压缩弹簧阻尼器，该阻尼器不仅保持了螺旋压缩弹簧的有效工作长度，而且既可压缩耗能减振，又可拉伸耗能减振。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种刚度可预设的螺旋压缩弹簧阻尼器，该阻尼器包括两块端板，所述的两块端板之间设有圆柱形螺旋压缩弹簧，其中一块端板上设有导向杆，该导向杆沿所述圆柱形螺旋压缩弹簧的中心孔穿出另一块端板；其特征在于，

所述的两块端板之间还设有反压装置，该反压装置包括三根以上的预压钢丝绳、与预压钢丝绳数量相等的钢丝绳变向元件和一块浮动反压钢板，其中，

所述的浮动反压钢板套设在圆柱形螺旋压缩弹簧与一块端板之间的导向杆上；

所述的钢丝绳变向元件绕所述的导向杆的轴线对称固定在远离浮动反压钢板的端板上；

所述的预压钢丝绳以折线状态分布在圆柱形螺旋压缩弹簧的四周，且每一根预压钢丝绳的一头绕所述的导向杆的轴线对称固定在浮动反压钢板上，另一头穿绕过相对的一个钢丝绳变向元件后折回，然后从该预压钢丝绳在浮动反压钢板上的固定点旁穿过浮动反压钢板固定在与浮动反压钢板相邻的端板上；

所述的浮动反压钢板上，在每一根预压钢丝绳穿过位置均设有穿过预压钢丝绳的通孔，该通孔的孔径大于所述预压钢丝绳的直径；

将所述的预压钢丝绳张紧至预设初始刚度所需张力，使所述的圆柱形螺旋压缩弹簧始终夹持在远离浮动反压钢板的端板与浮动反压钢板之间。

上述螺旋压缩弹簧阻尼器的工作原理如下：当动载荷沿导向套的轴线相对作用时，远离浮动反压钢板的端板向下压缩圆柱形螺旋压缩弹簧；当动载荷沿导向套的轴线相背作用时，预压钢丝绳通过钢丝绳变向元件反向吊起浮动反压钢板压缩圆柱形螺旋压缩弹簧。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相背作用在螺旋压缩弹簧阻尼器上，都能压缩圆柱形螺旋压缩弹簧，使其发生弹性变形而耗能。

由上述工作原理可见，工作过程中所述的预压钢丝绳与所述浮动反压钢板上的通孔的孔壁不能产生摩擦，否则就会干扰浮动反压钢板的上下移动，因此所述通孔直径比所述预压钢丝绳的直径大多少，应以不干扰和影响浮动反压钢板的上下移动为宜。

上述方案中，所述的钢丝绳变向元件为常见的定滑轮或类似变向功能的吊环形构件，如吊环螺钉、U形构件等。

本发明所述的刚度可预设的螺旋压缩弹簧阻尼器，其中所述的预压钢丝绳两头可采用焊接固定，也可采用类似吊环螺钉系接固定，但是，如果两头都采用焊接或吊环螺钉系接固定死，那么要达到预设初始刚度的目的，就必须预先计算并严格控制所述预压钢丝绳的长度才能预设的张力，进而达到预设初始刚度的目的。但是，在实际生产调试过程中，要采用控制所述预压钢丝绳长度的方法达到预设初始刚度的目的则存在下述两大难题，一是焊接或系接的过程会产生误差，二是即使控制了焊接或系接的过程所产生误差，但钢丝绳在切断、放置过程中还会导致其特性参数的变化。为了解决上述技术难题，本发明的一个改进方案是：

所述的预压钢丝绳的另一头由钢丝绳自锁锚具固定在与浮动反压钢板相邻的端板上；所述的钢丝绳自锁锚具由安装孔、夹爪和防松螺栓构成，其中，

所述的安装孔设在与浮动反压钢板相邻的端板上；所述的安装孔由一段锥孔和一段螺纹孔组成，其中所述锥孔位于靠近浮动反压钢板的一侧，且尖头指向浮动反压钢板，所述螺纹孔位于远离浮动反压钢板的一侧；

所述的夹爪为与所述锥孔相匹配圆锥形，并由3-5瓣组成，其体内沿轴线设有夹持预压钢丝绳的装夹孔；

所述的防松螺栓与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于所述预压钢丝绳直径的圆孔；

所述的夹爪安装在所述锥孔内，防松螺栓安装在所述螺纹孔内。

由上述改进方案可见，将预压钢丝绳的一头固定在浮动反压板上，另一头由所述的钢丝绳自锁锚具的装夹孔和圆孔中穿出，这样即可把露出的绳头系接在牵引张拉机上，在牵引张拉的同时采用张力检测仪监视张力。当所述预压钢丝绳张紧至预设初始刚度所需张力时，拧动防松螺栓即可推动所述夹爪将预压钢丝绳夹紧并锁死，即使预压钢丝绳在反复张紧→松弛→张紧→松弛的振动过程中也不会松动。

本发明所述的螺旋压缩弹簧阻尼器，可广泛用于机械和建筑领域，如，机械设备内部振动的隔离、设备基础隔震、建筑结构的抗震加固、大型建筑的抗震等。

本发明所述刚度可预设的螺旋压缩弹簧阻尼器较现有技术具有以下效果：

(1)沿轴线施加外力，无论该外力为压力还是拉力，所述的圆柱形螺旋压缩弹簧均能产生弹性压缩变形而耗能，克服了传统螺旋压缩弹簧阻尼器只能压缩变形耗能的缺点；

(2)当动载荷大于阻尼器预设初始刚度的抵御能力后，本发明所述螺旋压缩弹簧阻尼器双向弹性变形对称，因此不因外载荷的正负方向的变化而影响其压缩变形耗能的效果，为建筑结构抗风载等加固设计提供了便利条件；

(3)只要改变钢丝绳的长度即可改变整个阻尼器的初始刚度，因此将其用建筑物的竖向隔震时，可预设地震烈度，显著降低隔震成本；

(4)仅用一个圆柱形螺旋压缩弹簧即可实现在拉伸与压缩两种工作状态，显著缩短了阻尼器的长度。

(5)预设所述预压钢丝绳的长度即可预设阻尼器初始刚度，而且所述圆柱形螺旋压缩弹簧没有一圈失效，即有效工作长度不变，不会改变圆柱形螺旋压缩弹簧原有的特性参数。

附图说明

图1～4为本发明所述螺旋压缩弹簧阻尼器的一个具体实施例的结构示意图，其中，图1为主视图(半剖)，图2为图1的A—A剖视图(省略预压钢丝绳和防护套)，图3为图1的B—B剖视图(省略预压钢丝绳和防护套)，图4为图1中C—C剖视放大图。

图5～10为本发明所述螺旋压缩弹簧阻尼器的第二个具体实施例的结构示意图，其中，图5为主视图(半剖)，图6为图5的D—D剖视图(省略预压钢丝绳和防护套)，图7为图5的E—E剖视图(省略预压钢丝绳和防护套)，图8为图5局部Ⅰ的结构放大图，图9为图6的F—F剖视图放大图，图10为图9的G—G剖面放大图。

图11～15为本发明所述螺旋压缩弹簧阻尼器的的第三个具体实施例的结构示意图，其中，图11为主视图(半剖)，图12为图11的H—H剖视图(省略预压钢丝绳和防护套)，图13为图11的I—I剖视图(省略预压钢丝绳和防护套)，图14为图13的J—J剖视放大图(图中虚线为穿预压钢丝绳的圆孔)，图15为图11局部Ⅱ的结构放大图。

具体实施方式

例1

参见图1～3，本例为一种用于建筑结构抗震加固的阻尼器，该阻尼器包括圆盘状的上端板1和下端板2，上下端板之间设有圆柱形螺旋压缩弹簧3，其中下端板2上设有导向杆4，该导向杆4向上沿圆柱形螺旋压缩弹簧3的中心孔穿出上端板1。

参见图1～4，所述的上下端板之间还设有反压装置，该反压装置包括四根预压钢丝绳5、四个作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉6和一块浮动反压钢板7。

参见图1、图3和图4，浮动反压钢板7套设在圆柱形螺旋压缩弹簧3与下端板2之间的导向杆4上。

参见图1和图2，四个作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉6绕导向杆4的轴线对称固定上端板1上。

参见图1～4，所述浮动反压钢板7上绕导向杆4的轴线对称设有四个吊环螺钉6，所述下端板2上在与浮动反压钢板7上所设四个吊环螺钉6的相对位置旁设有另四个吊环螺钉6；四根预压钢丝绳5以折线状态分布在圆柱形螺旋压缩弹簧3的四周，且每一根预压钢丝绳5的一头系接固定在浮动反压钢板7上所设吊环螺钉6上，另一头穿绕过相对的一个作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉6后折回，然后该预压钢丝绳5从下端板2上所设吊环螺钉6的相对位置穿过浮动反压钢板7，系接固定与浮动反压钢板7相邻的下端板2上所设吊环螺钉6上；所述的浮动反压钢板7上，在每一根预压钢丝绳5穿过位置均设有穿过预压钢丝绳5的通孔8，该通孔8的孔径大于所述预压钢丝绳5的直径。

参见图1～4，为了实现可预设初始刚度的目的，上述四根预压钢丝绳5的安装及张紧方法如下所述：(1)先根据阻尼器预设的初始刚度和圆柱形螺旋压缩弹簧3的弹性系数确定圆柱形螺旋压缩弹簧3压缩量，进而计算出每一根预压钢丝绳5满足阻尼器初始刚度所要求的长度；(2)按图1将浮动反压钢板7、圆柱形螺旋压缩弹簧3、上端板1依次套装在导向杆4上，使用装配工具夹持住，使圆柱形螺旋压缩弹簧3压缩到计算确定的长度；然后，(3)将预压钢丝绳5的一头系接接在浮动反压钢板7上所设吊环螺钉6上，另一头穿绕过上端板1上所设吊环螺钉6后折回，反复调节使每一根预压钢丝绳5的实际长度与计算长度相等后，再穿过浮动反压钢板7上所设的通孔8固定在下端板2上所设吊环螺钉6上，并用常见的钢丝绳夹(图中没显示)固定死，便将圆柱形螺旋压缩弹簧3始终被夹持在上端板1与浮动反压钢板7之间。

参见图1，上端板1的上表面在导向杆4的外侧对称设有两平行的凸耳9，两凸耳9的头部设有铰接孔10；下端板2的下表面沿导向杆4的轴线设有另一凸耳9，该凸耳9的头部也设有铰接孔10。

参见图1，为了防止灰尘与其它杂物落到圆柱形螺旋压缩弹簧3上而影响阻尼器的正常工作，上端板1与下端板2四周套设有软性的防护套11，该防护套11的上头粘在上端板1的上表面，下头粘在下端板2的下表面。所述防护套11的长度大于上端板1上表面与下头粘在下端板2下表面之间的距离，以免影响阻尼器的工作。

参见图1～4，本例所述用于建筑结构抗震加固的阻尼器的工作原理如下：当大于设计静载荷的动载荷沿导向杆4的轴线相对作用在阻尼器的上下凸耳上时，圆柱形螺旋压缩弹簧3被压缩，上下凸耳上的铰接孔10相对移动；当大于设计静载荷的动载荷沿导向杆4的轴线相背作用在阻尼器的上下凸耳上时，四根预压钢丝绳5分别通过作为钢丝绳变向元件的吊环螺钉6反向吊起浮动反压钢板7压缩圆柱形螺旋压缩弹簧3，上下凸耳上的铰接孔10反向移动。由此可见，轴向动载荷无论相对还是相背作用在螺旋压缩弹簧阻尼器上，都能压缩圆柱形螺旋压缩弹簧3，使其发生弹性变形而耗能。

例2

本例也为一种用于建筑结构抗震加固的阻尼器，该阻尼器与例1所述阻尼振动器的主要区别在于所述的反压装置不同。以下对本例的反压装置进行描述。

参见图5～10，本例的反压装置设在上端板1与下端板2之间，该反压装置包括四根预压钢丝绳5、四个作为钢丝绳变向元件的U形构件12和一块浮动反压钢板7。

参见图5、图6和图9，浮动反压钢板7套设在圆柱形螺旋压缩弹簧3与上端板1之间的导向杆4上。

参见图5、图7和图8，四个作为钢丝绳变向元件的U形构件12绕导向杆4的轴线对称固定下端板2上。每一U形构件12由圆钢弯曲构成，下端板2上在设置U形构件12的相应位置设有与U形构件15两条侧边相匹配的工艺孔，U形构件12插在该工艺孔内，二者焊接固定在一起。

参见图5～10，所述浮动反压钢板7上绕导向杆4的轴线对称设有四个吊环螺钉6(显然也可采用U形构件12)，所述上端板1上在与浮动反压钢板7上所设四个吊环螺钉6的相对位置旁设有四个钢丝绳自锁锚具13；四根预压钢丝绳5以折线状态分布在圆柱形螺旋压缩弹簧3的四周，且每一根预压钢丝绳5的一头由所述吊环螺钉6固定在浮动反压钢板7上，另一头穿绕过相对的一个作为钢丝绳变向元件的U形构件12后折回，然后该预压钢丝绳5从上端板1上所设吊环螺钉6的相对位置穿过浮动反压钢板7，由所述钢丝绳自锁锚具13固定在与浮动反压钢板7相邻的上端板1上；所述的浮动反压钢板7上，在每一根预压钢丝绳5穿过位置均设有穿过预压钢丝绳5的通孔8，该通孔8的孔径大于所述预压钢丝绳5的直径。

参见图9和图10，上述钢丝绳自锁锚具13由安装孔13-1、夹爪13-2和防松螺栓13-3构成，其中，所述的安装孔13-1设在上端板1上；所述的安装孔13-1由一段锥孔和一段螺纹孔组成，其中所述锥孔位于靠近浮动反压钢板7的一侧，且尖头指向浮动反压钢板7，螺纹孔位于远离浮动反压钢板7的一侧；所述的夹爪13-2为与所述锥孔相匹配圆锥形，并由3瓣组成，其体内沿轴线设有夹持预压钢丝绳5的装夹孔；所述的防松螺栓13-3与所述螺纹孔相匹配，且体内沿轴线设有直径大于预压钢丝绳5直径的圆孔(图9中虚线所示)；所述的夹爪13-2安装在所述锥孔内，防松螺栓13-3安装在所述螺纹孔内。

参见图5～10，为了实现可预设初始刚度的目的，上述四根预压钢丝绳5的安装及张紧方法如下所述：(1)先根据阻尼器预设的初始刚度和预压钢丝绳5的特性参数，计算出预压钢丝绳5满足阻尼器初始刚度的张力；(2)按图1将浮动反压钢板7、圆柱形螺旋压缩弹簧3、上端板1依次套装在导向杆4上，接着，将预压钢丝绳5的一头系接接在浮动反压钢板7上所设吊环螺钉6上，另一头穿绕过下端板2上所设U形构件12后折回，再依次穿过浮动反压钢板7上所设的通孔8、夹爪16-2体内的装夹孔和防松螺栓13-3上的圆孔；然后，(3)把露出的预压钢丝绳5的绳头系接在牵引张拉机上，并在牵引张拉的同时采用张力检测仪监视预压钢丝绳5的张力；当所述预压钢丝绳5张紧至预设初始刚度所需张力时，拧动防松螺栓13-3即可推动所述夹爪13-2将预压钢丝绳5夹紧并锁死，从而将便将圆柱形螺旋压缩弹簧3始终被夹持在下端板2与浮动反压钢板7之间。

本例上述以外的其它实施方法与例1相同。

本例所述用于建筑结构抗震加固阻尼器的工作原理与例1相同，公众可参照例1自行分析。

例3

参见图11～15，本例所述的阻尼器为一种用于建筑物抗震的竖向隔震装置(也称竖向隔震支座)，它包括圆盘状的上端板1和下端板2，上下端板之间设有圆柱形螺旋压缩弹簧3，其中上端板1上设有导向杆4，该导向杆4向上沿圆柱形螺旋压缩弹簧3的中心孔穿出下端板2。

参见图11，所述上端板1和下端板2四周的边缘分别设有陆个安装孔14，其中下端板2为中部向上隆起形成倒置的脸盆状，中心设有与导向杆4相匹配的孔。

参见图11～15，所述的上下端板之间设有反压装置，该反压装置包括陆根预压钢丝绳5、陆只作为钢丝绳变向元件的定滑轮15和一块浮动反压钢板7。

参见图11、图13和图14，浮动反压钢板7套设在圆柱形螺旋压缩弹簧3与下端板2之间的导向杆4上。

参见图11、图12和图15，陆只作为钢丝绳变向元件的定滑轮15绕导向杆4的轴线对称固定上端板1上。

参见图11～15，所述浮动反压钢板7上绕导向杆4的轴线对称设有陆个吊环螺钉6，所述下端板2上在与浮动反压钢板7上所设陆个吊环螺钉6的相对位置旁设有陆个钢丝绳自锁锚具13；陆根预压钢丝绳5以折线状态分布在圆柱形螺旋压缩弹簧3的四周，且每一根预压钢丝绳5的一头由所述吊环螺钉6固定在浮动反压钢板7上，另一头穿绕过相对的一只作为钢丝绳变向元件的定滑轮15后折回，然后该预压钢丝绳5从下端板2上所设吊环螺钉6的相对位置穿过浮动反压钢板7，由所述钢丝绳自锁锚具13固定在与浮动反压钢板7相邻的下端板2上；所述的浮动反压钢板7上，在每一根预压钢丝绳5穿过位置均设有穿过预压钢丝绳5的通孔8，该通孔8的孔径大于所述预压钢丝绳5的直径。

参见图14，上述钢丝绳自锁锚具13与例2完全相同。

参见图11～15，本例中陆根预压钢丝绳5的安装及张紧方法也与例2相同。

本例上述以外的其它实施方法与例1相同。

在理想的条件下，地震的竖向波通过隔震装置向建筑传递时，建筑物应该不会发生位移。基于此，本例所述建筑物抗震的隔震装置的工作原理如下：参见图11，当地震的竖向波所产生的动载荷克服了阻尼器的初始刚度时，如果该动载荷沿导向杆4的轴线上推下端板2，上端板1的反作用力便向下压缩圆柱形螺旋压缩弹簧3，下端板2随地面上移而建筑物不动；如果该动载荷沿导向杆4的轴线下拉下端板2，预压钢丝绳5则通过作为钢丝绳变向元件的定滑轮15反向吊起浮动反压钢板7，向上压缩圆柱形螺旋压缩弹簧3，下端板2随地面下移，但仍然建筑物不动。由此可见，当地震纵波使地面发生上下振动时均可压缩圆柱形螺旋压缩弹簧3产生弹性变形而耗能。